一种基于DSP的软件无线电调制解调实验平台

软件无线电的基本思想是以开放的、可扩展的、结构最简的硬件为通用平台，把尽可能多通信功能用可升级、可替换软件来实现。其中心思想是：构造一个具有标准化、模块化的通用硬件平台，并通过软件加载实现各种无线通信功能的一种开放式体系结构。调制解调器是软件无线电的关键技术环节，是软件无线电技术研究的核心内容之一，调制解调器的软件化是实现软件无线电开放性、通用性的关键一步。  

系统原理  

本系统针对高校教学而设计，以TMS320C6711数字信号处理器(DSP)为核心搭建软件无线电教学演示平台，为了尽可能充分地体现软件无线电的设计思想，硬件平台以DSP为核心搭建实现了硬件的模块化、开放性和可编程性，通过硬件实现数据收发、放大，在DSP中编程实现FM，DSB，QPSK， QAM等多种制式的调制解调功能。系统最大的特点是采用通用计算机与DSP处理单元相结合的方案，系统中各种人机接口及控制功能、存储显示功能由PC机完成，而各种实时任务交给DSP完成，充分发挥DSP的高速处理能力及PC机的灵活性。  

系统结构

该系统结构如图1所示。它是由DSP数据处理板及PC人机接口控制前台组成。其中DSP数据处理板以DSP(数字信号处理器)为核心微处理器芯，外接数据收发装置及DSP外围硬件设备，数据接收发送装置对外部信号进行采集和输出，通过功放将有用信号放大，由于所用DSP为数字信号处理芯片，所以还需要A/D，D/A转换电路，将采集的模拟信号转换成数字信号，并将处理后的数字信号转换成模拟信号输出。为满足主机与外围硬件的通信，要用到DSP与主机接口，在硬件中我们通过HPI(主机接口)实现DSP与PC实时通信。在PC机中用软件设计了虚拟仪器控制显示平台，实现对硬件处理的控制及显示，用户可以在虚拟仪器平台前面板中输入数据选择各种调制解调制式，并通过数据通信接口将数据读入PC机，在虚拟仪器显示平台中以图形方式实时显示数据结果。   



图1系统结构框图   

TMS320C6711芯片简介

由于调制解调器的设计实现是基于TI公司的TMS320C6711芯片，因此，在这里对TMSC67x系列CPU结构进行简要介绍。TMSC67x系列 CPU内部包括程序取指单元、程序执行机构、芯片测试和仿真端口以及控制逻辑。程序取指单元由程序总线与片内程序存储器相连。程序执行机构包括2个对称数据通道(A和B)，2个对称的通用寄存器组、2组对称的功能单元(每组4个)、控制寄存器组和控制逻辑以及中断逻辑等。每组数据通路有读入及存储(写出) 数据总线与片内存储器相连。  

TMSC67x系列CPU采用哈佛结构，其程序总线与数据总线分开，取指令和执行指令可以并行运行。C67x系列芯片的程序总线宽度为256bit，每一次取指操作都是取8条指令，称为一个取指包。片外的存储器及总线不分，二者是统一的。全部存储空间(包括程序存储器与数据存储器，片内与片外)以字节为单位统一编址。  

主机通信接口设计

系统中主机通信接口HPI是TI公司数字信号处理器(DSP)中用于和主机进行双向数据通信的8位并行接口。HPI称为主机接口，是TI公司高性能DSP上配置的与主机进行通信的片内外设。传统的单片机与主机(比如PC机)接口时，需要在片外扩展附加芯片。如果采用与主机共享RAM的方式，则要片外扩展RAM及触发、锁存等芯片，这时主机可以通过DMA方式随机或整块地访问共享RAM；如果不要求主机随机访问从机数据，也可以采取扩展FIFO芯片的方式。  

另外，当从机需要中断时，片外至少还要再扩展一片锁存器。  

HPI主机接口将以上这些功能集成在DSP芯片内部，使其与主机的连接简化，对于DSP系统无须在片外扩展上述用途的芯片。HPI有两种工作方式，共用寻址方式(SAM)和仅主机寻址方式(HOM)，本系统采用共用寻址方式，主机和DSP都能寻址HPI存储器，主机向DSP传达的控制字以及DSP处理后的实时数据都放在HPI存储器中以供访问。由于HPI是集成在片内，因此主机可以达到很高的访问速度，在SAM方式中运行频率与DSP的主频率相当，适应了 DSP对高速度的要求。  

系统采用HPI接口主要通过调用动态链接库文件dsk6x11hpi.dll中的函数dsk6x-hpi-open打开HPI端口，这样系统DSP进行一系列的工作处理，并通过HPI端口向DSP读写数据，再调用动态链接库文件dsk6x11hpi.dll中的函数dsk6x-hpi-close关闭 HPI端口。  

软件设计  

软件结构

软件结构如图2所示。建立虚拟控制显示系统的目的就是要实现前台软件与底层硬件连接在一起形成一个完整的系统，该系统使用dsk6x11hpi.dll动态链接库文件实现与TMS320C6711DSP板子的HPI通信。PC机执行应用程序，加载算法到DSP端，并将需要处理的数据传送到DSP，DSP计算完成后将数据传回PC，整个过程由PC来控制启动、处理、结束等，这样软件结构中需要有控制显示的可视化用户界面，同时，软件要与具体硬件连接则需要软硬件接口程序。在DSP中，为了实现多制式的调制解调需要信号调制解调软件，要将算法应用到具体硬件平台中，还需要硬件平台的驱动程序。  


图2系统软件结构框图